小型水厂取水工程工艺设计

　　摘要：本文介绍了某小型水厂取水泵站的工艺设计过程，结合设计过程中的方案对比及问题进行分析，供设计参考。
　　关键词：自来水厂；取水头部；取水泵站
　　1水厂取水工程概述
　　本工程是富力集团下属惠州黄沙洞温泉度假区供水所建的小型水厂，水厂设计取水量为6050m3/d，取水点设在东江河，取水点至水厂管线总长约9.5km。取水工程的工艺流程如下：
　　地下渗透水→钢筋骨架过滤器
　　↓↓二氧化氯，混凝剂
　　河水→取水头部→吸水井→取水泵房→水厂净水工艺处理构筑物
　　2取水工程
　　水厂取水泵站建于惠州市东江河边的一个小山区处，取水点水源外河水位(珠基高程,下同)：历史最高水位标高为23.63m；保证枯水位标高为13.16m；平均水位标高为14.77m。根据业主要求，取水泵房建于离河岸边约20m处，取水头部设在距河岸约8m处的河床，取水点河床地形较平缓，取水头部位置标高约为8.2m。
　　下面是该水厂取水工程设计方案的确定及设计过程中遇到的问题分析。
　　2.1取水头部设计
　　岸边式取水构筑物可分为合建式与分建式，由于取水点位置岸边靠山，地质条件较差，泵房建在山边安全系数低，不宜采有合建式，故取水泵站采用分建式，取水泵房设置在离开岸边（小山坡旁边）约20m的一块平地上。
　　对于中、小型水厂的取水构筑物，常用的取水形式有箱式取水头部，鱼形罩式取水头部和桩框架式取水头部。其优缺点对比如下：
　　几种取水头部形式的对比表
　　 箱式取水头部 鱼形罩式取水头部 桩框架式取水头部
　　适用条件 适用于水深较浅，含沙量少的河流 适用于地质条件较差，水泵直接吸水式的小型取水构筑物 适用于河床地质宜打桩和水位变化不大的河道
　　优点 为淹没式取水，对河道、航道影响小 可减少水下工作量，施工方便；对河道、航道影响小 河道取水水质较好；水下工作量少；抗堵塞能力好；检修方便
　　缺点 清理底部沉积泥沙困难，抗堵塞能力较差 砂石容易被吸入至取水管内，需设置反冲洗装置及沉砂井或吸水井等沉砂措施 需要考虑对航道的影响；施工技术要求较高
　　根据现场具体条件，本工程取水水源水质较好，但丰水期时水中含沙量较大，取水点处地质条件较差，水位变化较大。从水位变幅、取水水质、河床及堤岸地形条件，尤其是从施工难度及安全性考虑，取水头部形式采用鱼形罩式取水头部，（该种形式取水头部之前在广东地区未有应用先例）。按《给水排水设计手册第3册》中的图示，本工程对鱼形罩式取水头部进行设计改良，用圆钢焊接而成的栅条代替了开孔套筒，减少了加工难度，取水头部示意图如下：
　　
　　为保证丰水期也可以取到河水上层的清水，减少吸入砂石的量，增加设置一个钢筋骨架过滤器，过滤器外用级配石及砂形成反滤层，渗透水经反滤层过滤后进入吸水井，提高了取水的水质。使取水多了一道保险。
　　由取水头部到进水池的引水管通常可采用自流管方式或虹吸管方式。由于该工程引水管铺设需跨过河岸边的一个小山包，施工条件差，采用自流管形式施工难度和开挖土方工程量大，对河堤影响较大。采用虹吸进水管，堤岸开挖深度比自流管减少约4m，可减少开挖土石方量，有利于在枯水期顺利完成施工，尤其是对河堤修复工程量及安全性的考虑，该工程采用虹吸进水管。
　　按照规范，引水虹吸管的设计管内流速一般采用1.0~1.5m/s，最小不宜小于0.6m/s。总虹吸高度可采用小于4~6m，最高不应大于7m。虹吸管一般不得少于两根，宜采用钢管。该工程为小型水厂，从管道数量以及投资较少方面考虑，采用2条DN300虹吸引水管，一条运行，一条备用。
　　取水量Q＝6050m3/d＝252.08m3/h＝0.07m3/s，采用2条DN300虹吸管取水，经计算，每条虹吸管V1＝Q1/S＝0.99m/s，符合规范要求。
　　2.2取水泵组选型
　　水泵台数的确定应根据设计规模及供水系统的运行调度要求、泵站的性质及规模、近远期结合方式等作综合考虑，并对各种工况进行分析后确定；同一个泵站应尽量选用同一种型号的水泵，互为备用；
　　对于小型泵房，一般来说，泵组台数不宜太多。水泵台数少，安装维修工作量少，占地面积小，机电与土建相对投资少。但运行时不如泵组台数多的灵活。根据该工程的实际情况，取水泵站为昼夜均匀工作，充分考虑投资、运行管理、平面布置、维修、用地面积和经济方面考虑，为减少投资，方便设备维护管理，该工程设计采用3台水泵，每台水泵流量为：Q≈130m3/h。日常工作时2台运行，1台备用。
　　水泵是泵站中最主要的设备。水泵选型和配套是否合理，将直接影响水泵站效率，影响工程投资。水泵选择的基本原则，首先应满足运行工况需要，即水泵的性能和水泵的组合能满足泵站在所有正常运行工况下对流量和扬程的要求；所选水泵特性曲线的高效率范围应尽量平缓，以适应各种工况的流量和扬程要求；所选泵型符合技术、经济、实际操作都可行的原则；具有良好的水力特性；不易产生气蚀。所选泵型成熟，经过实际工程的验证；有多家厂商具备生产制造的能力，供货周期能满足泵站的工期要求。同时还需要考虑泵房可使用面积、泵房布置等因素决定泵型选择。
　　用于取水的水泵一般采用叶片式水泵，叶片式水泵有3基本泵型，即离心泵、混流泵、轴流泵。离心泵、混流泵、轴流泵均可分为卧式和立式安装。
　　确定叶片式水泵性能的一个重要参数为比转数ns。比转数ns<300，属于离心泵高效范围；比转数300<ns<500，属于混流泵高效范围；比转数ns>500，属于轴流泵高效范围。
　　按取水量6050m3/d计算取水泵组流量及扬程：
　　水泵流量：取水量Q＝6050m3/d＝252.08m3/h
　　采用2台泵组运行，每台泵Q1＝Q/2＝126m3/h，取Q＝130m3/h
　　经计算，取水泵站至水厂受水点的扬程H最大＝48.62m
　　由于在取水泵站至水厂约3.69km处，有一个高点（最不利点），该处铺设管道的管顶标高约为62.30m。经计算，H最不利点=56.41m
　　取最不利条件下值作为水泵的扬程，即H＝56.41m
　　按公式计算取水泵组比转数：
　　其中：Q——水泵流量（m3/s），采用双吸泵时，以计；
　　H——水泵扬程（m），取56.41；
　　n——水泵转数（r/min），采用高速电机，取2980转/分
　　采用离心泵=71
　　采用轴流泵（混流泵）=100
　　从以上计算可见，取水泵组比转数在离心泵高效范围内，选用离心泵最合适。而且离心泵在运行管理、维修保养等方面相比混（斜）流泵有一定的优势，该工程选用卧式中开式离心泵。
　　根据以上计算值，选出型号为6SAP-8的单级双吸水平中开式离心泵，该泵的流量和扬程等参数如下表：
　　由上表可知，水泵可满足本工程的需要，效率比较高。
　　2.3泵房布置
　　泵组布置形式有纵向排列、横向排列及交错双列等。一般在用地条件许可，泵组台数不是太多的情况下，采用横向排列使泵房布置简洁，舒畅，泵房跨度小；管路配件简单，水力条件好，设备运行管理和检修有更大优越性。该工程泵组采用了横向排列布置形式，安装3台泵组。
　　该工程水泵采用自灌式充水启动，水泵安装高度满足水泵外壳顶点低于吸水井内的最低水位。考虑泵顶排气阀等的安装。
　　取水泵房与进水池采取合建方式，这种方式比分建式具有吸水管路短，设备布置紧凑，总建筑面积小，维护方便的优点。
　　2.4泵站附属设备
　　泵站内设置了排水系统、通风系统、起重设备和泵组进出水管上的阀门等。该泵房深度约10米，属于地下式泵房，除了考虑机组运行正常排水、停泵检修时的检修排水、还要考虑裂管事故等特殊情况下的大量泄水的事故排水。在取水泵房设置2台高效无堵塞液下泵作为排水用，一运一备。
　　地下式泵房需要考虑较好的通风散热方式。泵房采用机械通风形式，设置2台屋顶式轴流通风机作为室内通风，所选轴流通风机风量满足泵房内每小时换气8-12次的要求。
　　泵房内设置电动葫芦1台，起重量Q=1吨。起重量可满足吊起泵房内最大重量的设备。
　　泵组进水管采用手动蝶阀作检修阀门；出水管阀门采用止回阀和电动检修蝶阀。
　　3结语
　　本工程竣工后，运行使用至今，效果良好。
　　在取水工程的设计中，除了需遵循设计规范的要求，还需总结吸收以往类工程的经验和教训，根据不同的条件，大胆创新，做出适合要求的设计。
　　参考文献
　　《给水排水设计手册第3册城镇给水》上海市政工程设计研究院
　　《水泵及水泵站》姜乃昌
　　《室外给水设计规范》GB50013-2006上海市建设和交通委员会
　　《泵站设计规范》GB/T50265-97